211service.com
Cápsulas para circuitos de autocuración
Dejar caer un teléfono celular o una computadora portátil puede, por supuesto, causar daños irreparables. Ahora los investigadores están desarrollando un material que podría permitir que un circuito se autoreparezca un daño pequeño pero crítico causado por tal impacto.
Tirita eléctrica: Las cápsulas de polímero llenas de nanotubos de carbono pueden restaurar la conductividad de los circuitos eléctricos cuando se abren. La suspensión de nanotubos dentro de las cápsulas es visible en la imagen del microscopio óptico de arriba; la imagen de abajo, de un microscopio electrónico de barrido, muestra la superficie de las cápsulas de polímero.
Las cápsulas, llenas de nanotubos conductores, que se abren bajo tensión mecánica, podrían colocarse en placas de circuito en áreas propensas a fallas. Cuando la tensión provoca una grieta en el circuito, algunas de las cápsulas también se rompen y liberan nanotubos para salvar la rotura. Los investigadores, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, también están trabajando en aditivos de cápsulas diseñados para curar fallas en los electrodos de las baterías de iones de litio, para prevenir el cortocircuito que a veces puede causar un incendio.
La investigación anterior sobre materiales autocurativos se ha centrado principalmente en restaurar las propiedades mecánicas después de un evento dañino. Los investigadores de la Universidad de Illinois, por ejemplo, ya han fabricado revestimientos autorreparables que pueden reparar arañazos y prevenir la corrosión en barcos o chasis de automóviles. Ahora el grupo ha aportado las mismas técnicas al problema de restaurar las propiedades electrónicas.
Queremos abordar fallas comunes en teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos portátiles, dice Paul Braun , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois que lidera el proyecto de investigación con Jeffrey Moore , profesor de química, ciencia de los materiales e ingeniería. Estas fallas pueden convertirse en un problema aún mayor a medida que la electrónica flexible, que está sujeta a mucho más estrés mecánico, se generalice, dice Braun.
Para fabricar su material autocurativo, Braun y Moore encapsularon nanotubos de carbono dentro de esferas de polímero de unos 200 micrómetros de diámetro cada una. Eligieron nanotubos de carbono debido a su alta conductividad eléctrica y porque su forma alargada hace un buen trabajo al alinearse para salvar los huecos.
En estudios de prueba de concepto, los investigadores rompieron las cápsulas y colocaron la mezcla resultante entre las puntas de dos sondas eléctricas. Los nanotubos liberados formaron un puente que completó el circuito entre las dos sondas. Aunque el polímero en sí no es conductor, esto no impidió el flujo de corriente; hubo un aumento neto positivo en la conductividad después de la ruptura. Los detalles de los experimentos se publicaron la semana pasada en Revista de química de materiales .
La restauración de propiedades electrónicas es fantástica, dice Christopher Bielawski , profesor asociado de química en la Universidad de Texas en Austin, quien también está desarrollando materiales electrónicos autocurativos.
Muchas veces, cuando un dispositivo falla, es porque un circuito o condensador se quema, dice Bielawski. Esto es fundamental en situaciones en las que no se puede reparar, en satélites o submarinos. Para abordar el problema, los ingenieros actualmente incorporan redundancia en un sistema. Los circuitos autorreparables podrían hacer que los dispositivos para aplicaciones remotas sean más livianos, más eficientes y más baratos, dice Bielawski.
Mark Hersam , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Northwestern en Evanston, IL, también ve potencial para los materiales que se utilizarán en baterías. Las fallas de las baterías de iones de litio pueden ser catastróficas y provocar incendios explosivos que ocurren cuando la corrosión provoca cortocircuitos eléctricos, dice Hersam. El mes pasado, Hersam inició una colaboración patrocinada por el Departamento de Energía con los investigadores de la Universidad de Illinois para desarrollar materiales de autorreparación para baterías. También debería ser posible seleccionar polímeros en cápsula que respondan a cambios químicos como la corrosión, dice.
Por supuesto, no quiere cargar una batería con cosas adicionales, dice Braun. Lo mismo se aplica a las placas de circuito. Pero Braun dice que no es necesario usar grandes cantidades de cápsulas: podría agregar las cápsulas en pequeñas cantidades porque estas fallas tienden a ocurrir siempre en el mismo punto de la estructura.
Actualmente, los investigadores están desarrollando formas de posicionar con precisión las esferas. Braun dice que el grupo ha aceptado un artículo que describe el uso de una técnica llamada electropulverización para colocar las burbujas de nanotubos. El grupo también está trabajando en pruebas más realistas para las cápsulas, incluidos estudios de fracturas en materiales conductores.